Una innovadora técnica es capaz de utilizar ondas sonoras para modular el aire en la región por donde pasa un rayo láser, consiguiendo así desviarlo

Como ventajas, una rejilla invisible hecha únicamente de aire no sólo es inmune a los daños causados por la luz láser, sino que también preserva la calidad original del rayo, informa el equipo de investigación interdisciplinario en la revista Nature Photonics.

“Hemos generado una rejilla óptica con la ayuda de ondas de densidad acústica”, explica en un comunicado el primer autor Yannick Schrödel, estudiante de doctorado en DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) y en el Instituto Helmholtz de Jena.

Con la ayuda de altavoces especiales, los investigadores modelan un patrón de áreas densas y menos densas en el aire, formando una rejilla rayada. De manera similar a cómo las densidades diferenciales del aire desvían la luz en la atmósfera terrestre, el patrón de densidad asume el papel de una rejilla óptica que cambia la dirección del rayo de luz láser.

“Sin embargo, la desviación de la luz mediante una rejilla de difracción permite un control mucho más preciso de la luz láser en comparación con la desviación en la atmósfera terrestre”, afirma Schrödel. “Las propiedades de la rejilla óptica se ven influenciadas por la frecuencia y la intensidad, es decir, el volumen, de las ondas sonoras”.

En las primeras pruebas de laboratorio se pudo desviar de esta manera un potente pulso de láser infrarrojo con una eficacia del 50 por ciento. Según los modelos numéricos, en el futuro deberían ser posibles eficiencias significativamente mayores.

Para la primera prueba, los científicos tuvieron que subir al máximo el volumen de sus altavoces especiales. “Nos movemos a un nivel sonoro de unos 140 decibelios, lo que corresponde a un motor a reacción a pocos metros de distancia”, explica el científico Christoph Heyl de DESY y del Instituto Helmholtz de Jena, que dirige el proyecto de investigación. “Afortunadamente, estamos en el rango de ultrasonido, que nuestros oídos no captan”.

El equipo ve un gran potencial en la técnica de la óptica de alto rendimiento. En sus experimentos, los investigadores utilizaron un pulso de láser infrarrojo con una potencia máxima de 20 gigavatios, lo que corresponde a la potencia de unos dos mil millones de bombillas LED. Los láseres de esta clase de potencia e incluso superiores se utilizan, por ejemplo, para el procesamiento de materiales, en la investigación de la fusión o para los últimos aceleradores de partículas.

“En este rango de potencia, las propiedades de los materiales de espejos, lentes y prismas limitan significativamente su uso y, en la práctica, estos elementos ópticos se dañan fácilmente con fuertes rayos láser”, explica Heyl. “Además, la calidad del rayo láser se ve afectada. Por el contrario, nosotros hemos logrado desviar los rayos láser sin contacto y manteniendo la calidad”.

Los científicos subrayan que el principio del control acústico de la luz láser en gases no se limita a la generación de rejillas ópticas. Probablemente también pueda transferirse a otros elementos ópticos, como lentes y guías de ondas.

“Llevamos mucho tiempo pensando en este método y rápidamente nos dimos cuenta de que se necesitan niveles de sonido extremos. Al principio, esto parecía técnicamente inviable”, explica Heyl. “Sin embargo, no nos dimos por vencidos y finalmente encontramos una solución con el apoyo de investigadores de la Universidad Técnica de Darmstadt y de la empresa Inoson. Primero probamos nuestra técnica con aire normal. A continuación, por ejemplo, también utilizar otros gases para aprovechar otras longitudes de onda y otras propiedades y geometrías ópticas”.

La desviación de la luz directamente hacia el aire ambiente, ya demostrada, abre posibilidades de aplicación prometedoras, sobre todo como conmutación rápida para láseres de alta potencia. “El potencial del control de la luz sin contacto y su extensión a otras aplicaciones actualmente es sólo imaginable”, explica Heyl. “La óptica moderna se basa casi exclusivamente en la interacción de la luz con la materia sólida. Nuestro enfoque abre una dirección completamente nueva”.

Fuente: Europa Press